結合次数の線形応答関数に基づいた酵素反応場設計法の開発

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近年の計算機能力の向上はめざましく、その中で全粒子分子動力学計算は大きな発展を遂げてきた。特に、生物学では標的とするタンパク質や分子の熱的な揺らぎに加えて、水分子による溶媒効果までを含めた、熱統計力学的な振る舞いが解き明かされるようになった。しかしながら、その適応範囲は未だに限定的でしかない。そこで私は昨年に引き続き、アンブレラ積分法と超球面探索法を組み合わせることによって、自動で自由エネルギー上の反応経路探索を行う方法を開発した。我々は水中のアラニンヘキサペプチドの8次元PMFについて、私の開発した方法を適用して計算した。反応座標にはラマチャンドランプロットの二面角を使用した。βシート構造1つを計算の始点とし、探索を繰り返した結果、安定点を476カ所、鞍点を1515カ所発見した。これによって、アラニンヘキサペプチドがどのようにフォールディングするのか、自由エネルギー地形上で網羅的に調べることが可能となった。これらの研究は、当初の実施計画の線型応答関数を使用した酵素反応場設計の手法とは異なるが、目的である酵素反応場の解明と設計には重要な役割を成す手法となることが予想される。本年度はこの研究によって、第32回分子シミュレーション討論会、学生優秀発表賞を受賞した。また、この手法について国際雑誌に２報発表し（Y. Mitsuta, et. al. J. Comput. Chem. 39, 23, 1913-1921, 2018; Y. Mitsuta, et. al. Mol. Phys.1-9, 2018）国内の学会誌に寄稿した（アンサンブル２１巻１号、76-77, 2019）。